Perspectivas de la gestión integral del agua en México: el caso de la Cuenca del Río Sonora

Transcripción

1 Perspectivas de la gestión integral del agua en México: el caso de la Cuenca del Río Sonora PARTICIPANTES: Dr. Carlos Cruickshank Villanueva M. I. Adriana Palma Nava M. I. Alejandrina Castro Rodriguez M. I. Guadalupe E. Fuentes Mariles M. I. Diana Carolina Martínez Franco M. I. Febe Hélia Órtiz Madrid M. I. Vitali Díaz Mercado Ing. Angélica Mendoza Mata Ing. Dionisio Calderón Estrada Ing. Sergio Reyes Hernández Semana del Agua en el Instituto de Ingeniería Dr. Fernando J. González Villarreal Abril 2012

2 Desafíos mundiales del agua Tiempo de Soluciones 20 mil personas. 400 horas de sesiones eventos alternos Una exhibición de 10 mil m2

3 Objetivos del Foro del Agua de las Américas Se establecieron once objetivos entre los cuales destacan: Para el 2020, disminuir la brecha en el acceso al agua potable en 50% y duplicar el porcentaje de agua residual tratada. Para el 2012, identificar reformas institucionales para la sustentabilidad de la gestión de los recursos hídricos. Para el 2015, incrementar la productividad de las zonas de riego, en 15% sobre el periodo de Para el 2012, hacer un inventario de tecnologías de agua y energía, sistemas y prácticas de gestión.

4 Temas centrales Río +20 Seguridad hídrica Balance entre el desarrollo económico y el cuidado del medio ambiente Relación entre alimentos, agua y energía Construcción de la gobernabilidad: transparencia, rendición de cuentas y combate a la corrupción Cumplimiento del Derecho Humano al Agua Seguridad alimentaria Cambio climático, el agua y las medidas de adaptación Financiamiento: planeación financiera de largo plazo se traduce en destinar 1 por ciento del PIB Aplicación del uso de tecnologías para el manejo integral de cuencas

5 Recomendaciones a la UNAM Ampliar y fortalecer nuestras redes de conocimiento. Establecer los incentivos que faciliten la participación de los académicos. Conformar el currículo interdisciplinario del agua. Estudiar la relación entre agua, energía y alimentos. Analizar las políticas públicas del agua en México, desde una perspectiva histórica, y en colaboración con otras universidades del país. Profundizar en los estudios sobre cambio climático y el análisis sobre el riesgo y la incertidumbre. Para 2030, dos tercios de la población global vivirá en zonas de estrés hídrico. Por tanto, se requiere elaborar estudios de caso sobre la gestión integral del agua en cuencas, que se traduzcan en proyectos regionales de impacto.

6 Intensidad de Extracción en Cuencas : tomas directas sobre los ríos, 10 a 15 % de extracción aprovechamientos aislados : Presas de derivación 15 a 35 % de extracción interacción débil entre aprovechamientos : Presas de almacenamiento hasta 85% de aprovechamiento, interacciones entre ríos y acuíferos y problemas de conflicto entre usuarios : Demandas mayores a la disponibilidad, necesidad de resolver conflictos entre usuarios y el medio ambiente, requerimientos de tratamiento, reuso y manejo integral de cuencas.

7 GESTIÓN INTEGRAL DEL AGUA: FUNDAMENTOS Es un proceso holístico donde todos los factores involucrados son considerados en el proceso de toma de decisiones, enfocado en: Informacion Instituciones Infraestructura Manejo de la oferta Manejo de la demanda del agua(conservación, transferencias) Calidad del agua Manejo conjunto de aguas superficiales y subterranesas Reciclaje y reúso del agua Control de contaminación Resolución de conflictos Cambio climático

8 OPTIMIZACIÓN DEL APROVECHAMIENTO HÍDRICO EN LA CUENCA DEL RÍO SONORA Y ANTEPROYECTO DE RECARGA ARTIFICIAL DE SUS ACUÍFEROS La región centro-norte del país, tiene un problema de disponibilidad del agua, entre otras cosas por la sobre-explotación de acuíferos que representan la principal fuente de abastecimiento. Con el fin de contribuir en las soluciones para hacer frente al problema de estrés hídrico en las regiones áridas, en este trabajo se presentan los estudios realizados en el Instituto de Ingeniería de la UNAM por encargo del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) y la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) (S _85275).

9 CASO DE ESTUDIO: CUENCA DEL RÍO SONORA Objetivo General Desarrollo de metodologías para el manejo integral de aguas (superficiales y subterráneas) en la cuenca. Objetivos específicos Análisis hidrológico integrado de la cuenca Políticas de operación de las presas y acuíferos Definir proyectos de recarga artificial Optimar el abastecimiento del sistema Desarrollar Modelos de simulación

10 Situación actual ESQUEMA GENERAL DE LA CUENCA CUENCA MEDIA DEL RÍO SONORA

11 BALANCE DE AGUAS EN HERMOSILLO Mm 3 anuales Balance en Hermosillo (0.61 m 3 /s) MOLINITO ABELARDO RED AGUA POTABLE 63 EVAPOR POZOS 82 EVAPOR POZOS RIEGO (1617 lps) 1.83 m 3 /s LA MANGA 41 EVt 23 (36%) 65 (2046 lps) LA POZA 4 BAGOTES 17 MESA DEL SERI 49 PESQUEIRA 12 43% de pérdidas totales en Hermosillo Riego (2800 ha; 42 Mm 3 ) DRENAJE

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13 MANEJO CONJUNTO EN LA CUENCA MEDIA DEL RÍO SONORA Propuesta de solución CALIBRACIÓN RECOPILACIÓN Y ANÁLISIS DE DATOS CONCEPTUALIZACIÓN DEL SISTEMA HÍDRICO VINCULACIÓN DE RESULTADOS GIS Y DSS EVALUACIÓN ACTUAL EVALUACIÓN DE TENDENCIAS EVALUACIÓN DE ESCENARIOS

14 ESQUEMA DE LA CUENCA MEDIA

15 SISTEMA HÍDRICO DE LA CUENCA MEDIA HERMOSILLO

16 MODELO INTEGRAL, TÉCNICA DE APOYO A LAS DECISIONES (DSS) Metodología PROCESO ELEMENTO DATOS DATOS SECUENCIALES DATOS ALMACENADOS DECISIÓN

17 ELEMENTOS DEL SISTEMA: SITIOS DE Demandas DEMANDA CONSUMO ANUAL POR ACTIVIDAD DEMANDA 2010 ESCALA UNIDAD Hermosillo 102 Millón m 3 Agrícola Zanjón 2 34 Millón m 3 Agrícola Seris 44 Millón m 3 Agrícola San Miguel 11 Millón m 3 Agrícola Siete Cerros 29 Millón m 3 Total: 7 m 3 /s

18 ELEMENTOS DEL SISTEMA: RÍOS Q = 0.50 m 3 /s RÍO ZANJÓN RÍO SAN MIGUEL Q = 1.38 m 3 /s Q = 0.43 m 3 /s ARROYO LA MANGA RÍO SONORA Q = 2.9 m 3 /s HERMOSILLO ARROYO LA POZA Q = 0.45 m 3 /s

19 ELEMENTOS DEL SISTEMA: PRESAS CARACTERÍSTICAS DE LA PRESA RODOLFO FÉLIX VALDÉS 200 Mm 3 Zona de almacenamiento (hasta 200 Mm 3 ) Extracción para agua potable hasta 2.5 m 3 /s y descarga aguas abajo a razón de 20 m 3 /s 30 Mm 3 Zona de extracción para uso potable (hasta 30 Mm 3 ) Zona de conservación (hasta 15 Mm 3 ) Zona de azolves (cap. 5 Mm 3 ) 15 Mm 3 5 Mm 3 Solo extracción para agua potable hasta 2.5 m 3 /s Extracción para agua potable limitada No aprovechable Fondo del vaso

20 ELEMENTOS DEL SISTEMA: PRESAS CARACTERÍSTICAS DE LA PRESA ABELARDO RODRÍGUEZ LUJÁN 210 Mm 3 Zona de almacenamiento (hasta 210 Mm 3 ) Extracción para agua potable hasta 2.5 m 3 /s Zona de azolves (cap. 15 Mm 3 ) 15 Mm 3 No aprovechable Fondo del vaso

21 ELEMENTOS DEL SISTEMA: ACUÍFEROS Acuíferos libres Relación estrecha con los ríos PESQUEIRA Δh = 1.6 m/año HERMOSILLO LA MANGA Δh = 0.7 m/año MESA DEL SERI LA VICTORIA Δh = 2 m/año LA POZA

22 MODELO INTEGRAL (DSS), MODELOS

23 MODELO HIDROLÓGICO CEQUEAU : RÍO SAN MIGUEL HASTA ESTACIÓN EL CAJÓN Concepto Valor Nash = 0.88 Caudal medio (m 3 /s) Lámina interanual (mm) Área de la cuenca 3780 km 2 Observado Lluvia Caudal observado Lluvia interanual 492 mm Calculado Caudal calculado Caudales (m 3 /s) Lluvia (mm) ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic Enero 1974 a diciembre 2002

24 MODELO WEAP

25 Océano Pacifico Golfo de México ACUÍFERO DE LA MANGA México Hermosillo Kilometros Kilometros Simbología Límite de la zona Arroyo Manga de estudio Hermosillo Presa Abelardo L. Rodríguez Limite de la zona de estudio Sonora $ $ Hermosillo Kilometros Kilometros HERMOSILLO Límite de la zona de estudio Sonora Océano Pacifico México Simbología Arroyo Manga Hermosillo Golfo de México Presa Abelardo L. Rodríguez Limite de la zona de estudio $ $ SIETE CERROS

26 MODELO DE SIMULACIÓN DE FLUJO EN ACUÍFEROS DEL I. I. (MOTRIT)

27 CALIDAD. PUNTOS DE MUESTREO SE MUESTREARON 24 PUNTOS EN JUNIO Y SEPTIEMBRE SC8 SC5 SC7 SC6 SC9 Se analizaron 34 parámetros físico-químicos establecidos por la Comisión Estatal del Agua para caracterización de calidad del agua. SC12 SC11 SC10 ZN6 ZN8 ZN11 ZN9 ZN5 ZN14 ZN15 HERMOSILLO SC4 SC3 P2 SC2 P1 $ SC1 SIETE CERROS 0 5,000 10,000 20,000 Metros

28 CALIDAD. FAMILIAS DE AGUA, DIAGRAMA DE STIFF Tres iones dominan: calcio, sodio y bicarbonato Agua subterránea en contacto con minerales de rocas calizas La presencia de sodio, se explica debido a las características del clima del sitio. Disolución de minerales: Calcita, Argonita, Dolomita, Yeso, etc Ca-Na-HCO3 Ca-Na-HCO3 Na-Ca-HCO3 1. Cálcica sódica bicarbonatada Y(m) Na-Ca-HCO3 2. Cálcica sódica bicarbonatada sulfatada 3. Cálcica sódica clorurada sulfatada nitrogenada 4. Sódica bicarbonatada Ca-Na-HCO3-SO4 Na-Ca-HCO3-SO4 Na-Ca-HCO3-Cl-SO4 Na-Ca-HCO3 Ca-Na-HCO3-SO4 Na-HCO3 5. Sódica, cálcica, bicarbonatada Ca-Na-HCO3-SO4 Ca-Na-HCO3-SO4 6. Sódica, cálcica, bicarbonatada, clorurada, sulfatada Na-Ca-HCO3 Ca-Na-Cl-SO4-NO3 7. Sódica, cálcica, bicarbonatada, sulfatada X(m)

29 RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE LA CALIDAD NOM-127-SSA1-1994

30 PLANTA DE TRATAMIENTO Y LAGUNAS DE INFILTRACIÓN HERMOSILLO PTAR PRESA ABELARDO LAGUNAS

31 DISEÑO DE LAS LAGUNAS Tipo: Lagunas de infiltración Estructuras auxiliares: canal de alimentación controlado por compuertas y tomas tipo granja Ubicación: aguas abajo presa Abelardo L. Rodríguez, municipio Hermosillo Fuente de agua: PTAR (2.5 m 3 /s)

32 DISEÑO DE LAS LAGUNAS Canal lateral Esquema de bordos Perfiles longitudinales Bordos Flujo PTAR Estanque 6 Estanque 1 Estanque 2 Estanque 3 Estanque 4 Estanque 5 Bordos 1.5:1 Corte longitudinal Rasante Terreno natural

33 DISEÑO DE LAS LAGUNAS Esquema detalle compuertas en canal Compuertas prototipo de fierro fundido en canal Compuertas Detalle Compuertas Laguna Toma (conducto) hacia laguna Bordo 2:1

34 Ampliación de la infraestructura Se propone la perforación de un pozo por año con una capacidad de 50 lps, con un total de 20 pozos para aumentar la extracción en 1m 3 /s BATERÍA BAGOTES HERMOSILLO PRESA ABELARDO LA YESCA

35 MODELO INTEGRAL (DSS), MODELOS

36 Tabla 2. Variables del modelo. VARIABLES PARA Resultados. LA EVALUACIÓN Descripción DEL SISTEMA de escenarios. TIPO DE VARIABLE DECISIÓN VARIABLE DEMANDA, EXTRACCIÓN, CAPACIDAD DE OBRAS DE RECARGA, POLÍTICA DE OPERACIÓN DE PRESAS ESTADO ESTOCÁSTICA ALMACENAMIENTO (RÍOS, ACUÍFEROS Y PRESAS) HIDROGRAMAS EN RÍOS Evaluación actual (calibración): Evaluación de tendencias: Definición de escenarios: , series históricas de 25 años, (en total 5 series)

37 DEFINICIÓN DE ESCENARIOS Suministro a Hermosillo: constante de 100 Mm 3 /año y con incremento del 1.7% anual Suministro a los Distritos de Riego: SIN RESTRICCIÓN, con una demanda total entre todos los distritos de riego de 118 Mm 3 /año, CON REESTRICCIÓN, limite en la extracción en función de la variación en el cambio de almacenamiento en el acuífero, si éste se reduce en más de un 5%, la extracción máxima hacia dicha demanda agrícola se reduce un 15% Preferencias: primeramente de recursos superficiales, Bagotes, Seris y Pesqueira Recarga: Capacidad de recarga aguas abajo de la presa el Molinito es de 10 m 3 /s; para la recarga en el acuífero de la Manga, se consideraron tres casos: el primero considerando la situación actual, el segundo realizando recarga mediante las lagunas de infiltración, con un caudal de 41 Mm 3 /año y suministrando al distrito de riego de la Yesca 22 Mm 3 /año. El tercero, se definió a partir de infiltrar todo el caudal que produce la PTAR Política de operación de la presa el Molinito: La política modelada en la presa el Molinito es con un almacenamiento máximo de 280 Mm 3, y la obra de toma a 10 m 3 /s.

38 ALTERNATIVAS DE MANEJO DE LA CUENCA ΔV (Mm 3 /período) Δh (m/período) RESULTADOS SIN RESTRICCIÓN SITUACIÓN ACTUAL RECARGA Y DISTRITO DE RIEGO SUMINISTRO CONSTANTE RECARGA SITUACIÓN ACTUAL CON RESTRICCIÓN RECARGA Y DISTRITO DE RIEGO RECARGA ALTERNATIVAS SUMINISTRO CON INCREMENTO SIN RESTRICCIÓN SITUACIÓN ACTUAL RECARGA Y DISTRITO DE RIEGO RECARGA CON CAMBIO CLIMÁTICO ΔV (Mm 3 /período) Δh (m/período) SITUACIÓN ACTUAL CON RESTRICCIÓN RECARGA Y DISTRITO DE RIEGO RECARGA

39 ALTERNATIVAS DE MANEJO DE LA CUENCA 5. Resultados SUMINISTRO CONSTANTE A LA CIUDAD DE HERMOSILLO ΔV (Mm EXTRACCIÓN 3 /periodo) ESCENARIOS TOTAL PARA RIEGO CMA CMB 1.Recarga actual Suministro 22 al DR 41 a lagunas (Mm 3 /año) Sin restricción agrícola Recarga total Recarga actual Suministro 22 al DR 41 a lagunas (Mm 3 /año) Con restricción agrícola Recarga total

40 CAMBIO DE ALMACENAMIENTO TOTAL PROMEDIO (Mm 3 /periodo) ABATIMIENTO TOTAL PROMEDIO (m/periodo) ALTERNATIVAS DE MANEJO DE LA CUENCA SUMINISTRO A HERMOSILLO CONSTANTE (100 Mm 3 /año) Cambio de Abatimiento almacenamiento total promedio total promedio (m/período) (Mm 3 /período) Con restricción Sin restricción Situación actual Recarga lagunas y DR Recarga total Situación actual Recarga lagunas y DR Recarga total

41 ALTERNATIVAS DE MANEJO DE LA CUENCA SUMINISTRO CON INCREMENTO A LA CIUDAD DE HERMOSILLO ESCENARIOS ΔV (Mm 3 /periodo) TOTAL CMA CMB 7. Recarga actual 8. Suministro 22 al DR caudal restante PTAR (Mm 3 /año) Sin restricción agrícola Recarga total Recarga actual 11. Suministro 22 al DR caudal restante PTAR (Mm 3 /año) Con restricción agrícola Recarga total

42 CAMBIO DE ALMACENAMIENTO TOTAL PROMEDIO (Mm 3 /periodo) ABATIMIENTO TOTAL PROMEDIO (m/periodo) ALTERNATIVAS DE MANEJO DE LA CUENCA SUMINISTRO A HERMOSILLO CON INCREMENTO ( Mm 3 /año) Cambio de Abatimiento almacenamiento total promedio total promedio (m/período) (Mm 3 /período) Situación 0.0 actual Recarga lagunas y DR Recarga total Situación actual Recarga lagunas y DR Recarga total Sin restricción Sin restricción Con restricción Con restricción

43 Tabla 5. Resultados para cambio climático. CAMBIO DE ALMACENAMIENTO TOTAL PROMEDIO (Mm 3 /periodo) ALTERNATIVAS DE MANEJO DE LA CUENCA SUMINISTRO A HERMOSILLO CON INCREMENTO ( Mm 3 /año) ESCENARIOS ΔV (Mm 3 /periodo) TOTAL CMA CMB 13. Recarga actual Suministro 22 al DR caudal restante PTAR (Mm 3 /año) Con restricción agrícola Recarga total Cambio climático Recarga actual Recarga lagunas y DR Recarga total

44 CAMBIO DE ALMACENAMIENTO TOTAL PROMEDIO (Mm 3 /periodo) COMPARACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE MANEJO Cambio de almacenamiento total promedio (Mm 3 /período) Situación actual Recarga lagunas y DR Recarga total CAMBIO CLIMÁTICO Sin restricción Con restricción

45 ABATIMIENTO TOTAL PROMEDIO (m/periodo) COMPARACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE MANEJO Abatimiento total promedio (m/período) Situación actual Recarga lagunas y DR Recarga total CAMBIO CLIMÁTICO Sin restricción Con restricción

46 RESULTADOS Al implementar el manejo integral de la recarga artificial se obtiene: Una disminución del la sobrexplotación del 70 % para la condición de suministro constante Al implementar la restricción agrícola se disminuye la sobreexplotación en 80%, disminuyendo sólo el 30% de área de irrigación en el distrito de riego de Mesa del Seris En la alternativa de suministro con incremento, la sobreexplotación se disminuye en un 60% y con restricción en un 70%, con una disminución de área de irrigación en Mesa del Seris en un 50% Para la condición de cambio climático, se reduce en un 40% considerando restricción agrícola, la cual reduce su área en un 50% en todos los distritos de riego de la cuenca media alta (San Miguel y Seris) Para todas las condiciones al implementar la recarga total del efluente de la PTAR en las lagunas de infiltración, se disminuye solo el 10% de sobreexplotación, lo que implica dejar de regar las 2800 ha de la Yesca

47 CONCLUSIONES 6. Comentarios y conclusiones Del análisis aquí presentado se concluye: Es urgente implementar las decisiones en la cuenca del río Sonora, esto implica: Cambiar las políticas de operación de las presas del Molinito y A. Rodríguez Ejecutar las políticas de operación en las extracciones de los acuíferos Aumentar la capacidad de recarga del acuífero Mesa del Seri mediante obras de retención de flujo en el cauce a base de gaviones Construir la planta de tratamiento de aguas residuales de la ciudad de Hermosillo Llevar a cabo las obras de recarga con aguas tratadas, mediante lagunas de infiltración en la cuenca media baja Plantear el aumento y acondicionamiento de la infraestructura hidráulica necesaria para las alternativas aquí propuestas Este esquema permite abastecer a la ciudad de Hermosillo considerando un incremento de población del 1.7 % anual con costos bajos, esto aún durante sequías prolongadas a un costo reducido y sustentable, en un esquema de análisis de 25 años

48 CONCLUSIONES 6. Comentarios y conclusiones A medida que sube el estrés hídrico en la cuenca es conveniente la restringir las extracciones para uso agrícola en un 30% Es necesario cambiar la regulación para hacer atractiva la opción de recarga artificial de acuíferos y reúso Construir los pozos y las líneas de conducción para ampliar la batería de Bagotes en la ciudad de Hermosillo Implantar un sistema de monitoreo de los niveles de almacenamiento y calidad del agua

49 COMENTARIOS A partir de los análisis realizados se puede precisar algunas acciones que conviene continuar en forma prioritaria: Mejorar la información sobre cantidad y calidad del agua, geología, geofísica y usos del agua Definir una red de monitoreo para la evaluación de la piezometría y calidad del agua; a partir del monitoreo y ampliación del muestreo de agua subterránea, estudiar la relación entre la calidad del agua y su disponibilidad (tema poco estudiado en México, se propone como línea de investigación) Desarrollar software que permita hacer de forma automatizada el manejo conjunto y ampliar el modelo incluyendo la Costa de Hermosillo Realización del censo de aprovechamientos conjuntamente con el aforo de sus caudales y revisar la asignación del agua y el REPDA en toda la cuenca Considerar el cambio climático de forma detallada a partir del desarrollo de un modelo completo que permita cuantificar los cambios en frecuencia e intensidad de las sequías y lluvias

50 PRODUCTOS Contribución técnica Como parte del proyecto, se desarrollaron unas Jornadas Técnicas sobre la Recarga Artificial de Acuíferos y Reúso del agua, temas centrales para la conservación del medio ambiente y del desarrollo sustentable. Este proyecto se presentó en las Jornadas Técnicas mencionadas anteriormente, en el Foro de Aguas Subterráneas, dentro del XXI Congreso Nacional de Hidráulica, en junio del 2010 y en el VIII Congreso Nacional de Aguas Subterráneas En todos los casos como conferencias magistrales.

51 PRODUCTOS Formación de recursos humanos Se desarrollaron a partir de este proyecto dos trabajos de tesis de especialidad, participaron 5 estudiantes de licenciatura y 2 de maestría, además una estudiante de maestría de intercambio internacional que realizó una estancia de 6 meses.

52 PRODUCTOS Publicaciones: Se envió y fue aceptado un resumen al VIII Congreso Nacional de Aguas Subterráneas 2011: Mercado, D. V., Cruickshank, V. C., González, V. F. y Palma, N. A., Estimación de escurrimientos mensuales en cuencas no aforadas con la información de una cuenca vecina instrumentada Se envió para su aceptación un resumen al XXV Congreso Latinoamericano de Hidráulica 2012: González, V. F., Cruickshank, V. C. y Palma, N. A. Sistema de apoyo a las decisiones para el manejo integral de cuencas en zonas áridas: El caso de la cuenca del río Sonora Se envió para su aceptación una carpeta de proyectos al Foro del Agua de las Américas, Proceso Regional del 6 Foro Mundial del agua: Red del agua UNAM, acciones y propuestas universitarias

53 Gracias por su atención